岩溶地区常见岩土工程问题及对策

岩溶地区常见岩土工程问题及对策

摘要:在岩溶地区进行工程建设往往会碰到各种问题,在基础工程施工、基坑工程施工等方面尤其突出。结合龙岩地区几个典型的岩溶工程问题,具体分析了岩溶的塌陷和沉降问题、基础施工问题以及岩溶水的突涌问题,初步总结了相应的处理对策。

关键词:岩溶;岩溶水;基础施工;基坑

0引言

岩溶是指水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主,流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用,以及由这些作用所产生的现象的总称[1]。中国岩溶面积分布广泛,岩溶区的面积约为344.3万km2,占全国总面积的35.86%。其中岩溶发育最为强烈的是福建西南部的龙岩、三明地区。岩溶具有隐蔽性、多样性、复杂性的特点,对工程建设产生不良地质影响,包括岩体洞穴顶板变形造成地基失稳、地表塌陷、基础施工困难、岩溶水灾害等。各种岩溶形态和塌陷的发生危及地面建(构)筑物的稳定和人类生命财产安全,由岩溶引起的自然灾害也往往给工业生产带来损失。因此,在工程建设中,尤其是对岩溶发育强烈的地区应对岩溶引发的工程问题加以重视。

1岩溶土洞容易引发的工程问题

1.1塌陷问题

岩溶地区由于地层中存在规模不一的孔洞,当上部荷载(如建筑的作用力)超过溶洞顶板的承载能力时就容易发生塌陷。福建省龙岩市新罗区某石粉厂,突发地面塌陷,塌坑长和宽约为50m和45m,深度25~28m。根据相关调查可知塌陷场区存在一规模巨大的溶洞,并且溶洞裂隙发育。这是典型的岩溶地区地表塌陷,造成一定的经济损失和人员伤亡,见图1。龙岩市新罗区某池塘轰然地陷,20min的时间面积约2000m2的鱼塘,水连同1000多尾鱼,一道被“吸光”。这也是典型的岩溶塌陷,导致地表鱼儿消失,造成了一定的经济损失,见图2。

1.2沉降问题

沉降是指地面下沉的现象,可引起建筑物倾斜,破坏地基的稳定性。由于地层里面孔洞的存在,当地层受到外部干扰时(如下雨雨水下渗、车辆动荷载、地震等振动影响)溶洞顶部岩土层容易发生向下的位置,从而导致上部结构发生不均匀沉降,引发建筑物开裂破坏。龙岩市某建筑,由于突水岩溶塌陷导致周边建筑发生不同程度的沉降开裂,见图3。龙岩某小学教学楼因岩溶地下水被抽走后,面形成了“空洞”而导致不同程度的开裂,见图4。由岩溶引发的沉降开裂问题,给当地的人民造成很大经济损失。

1.3岩溶地层的支撑力问题

在岩溶、土洞上方盖房子、修建公路等常常会有一个疑问,就是房子或公路修好之后地下的那个洞会不会发生塌陷,毕竟建筑物尤其是高楼本身的重量是很大的。因此要求设计方对存在岩溶、土洞的地方对地层的支撑力进行评估,或者采取更加可靠的基础型式。

1.4沉降桩基础施工困难

冲孔桩在施工过程中突遇溶洞时,循环泥浆骤然漏失,桩孔内平衡被打破,孔壁土层在侧压力作用下坍塌,轻则卡锤埋钻,重则孔口塌陷后果严重。例如在龙岩某桥施工期间,由于地层中存在规模较大的溶洞,经常会碰到这样的问题,当桩孔打好了之后,进行灌注混凝土时,灌下去的混凝土往往会不知所终。由于个别地方溶洞规模巨大,如果不计后果继续灌注混凝土的话会造成非常大的经济浪费。这个是非常棘手的施工难题。除此之外,还经常碰到打桩偏孔、打桩塌孔等问题。

1.5岩溶水突涌引发灾害

岩溶含水层中的地下水,因自然原因或人为原因大量涌入建筑基坑内引发灾害。岩溶水突发性强,突水量大,伴随突水活动,还常发生涌砂、涌泥,所以危害巨大、防治困难。岩溶水分为潜水和承压水。大面积裸露的可溶性岩石发育区常为岩溶潜水;覆盖型岩溶发育区或可溶岩与非可溶岩相互成层以及褶皱发育的地区,主要为岩溶承压水。

2溶洞处理对策

2.1调查清楚溶洞的信息

溶洞是埋藏在地底下的,只有通过开挖才能看到,但是很多工程又不需要开挖太深,这就容易忽视已经存在溶洞的影响。因此,需要通过专业的调查才能查清楚工程建设位置下方有几个溶洞,每个溶洞有多大,具体的位置等相关信息。只有调查掌握溶洞的规模,才能对它们进行具有针对性的处理,从而将溶洞对工程建设以及工程建筑后期使用的影响降到最低。

2.2岩溶地基处理措施

由于岩溶发育的大小、深度、位置不一,对场地地基的影响程度也不同,进行岩溶处理时要在调查清楚岩溶信息的基础上采取相关措施。

2.3桩施工处理措施

针对岩溶地区桩基础施工灌注漏浆问题,通过相关的调研,可知龙岩某桥所采取的措施主要是“人工造壁”,即在灌注前,先采用黄土、石块等单价较低的材料将空洞填充。例如,在规模较小的岩溶地区可以采用土、片石、水泥按3∶3∶1的量进行填充,然后进行钻孔。在贯通或水平范围较大的岩溶地区则要采用块状黄土或袋装黄土,片石则采用30cm左右(太大会卡住,太小易流失),然后再进行钻孔。针对岩溶地区桩基础施工时打桩偏孔问题,则需及时进行监测自查,调整打入方向,以此控制桩的垂直性。针对岩溶地区桩基础施工时塌孔问题,则在打桩前可对土层进行注浆,防治打桩时孔内坍塌。

2.4基坑涌水处理措施

基坑开挖过程中出现突涌水现象时,可马上采取堆压沙包施加反压,防止地面坍塌;接着可在涌水点附近设置挡水土坝;在基坑外侧设钻孔(根据实际情况进行选择)进行注浆形成止水帷幕。最后可在涌水基本止住的情况下,进行基坑内涌水点周围钻孔查探涌水通道,同时进行封堵。

3结语

以龙岩地区为例对岩溶地区常见的几类岩土工程问题,例如岩溶的塌陷和沉降问题、基础施工问题及岩溶水的突涌问题进行了分析,针对各类问题总结了相应的处理对策。

参考文献

[1]王兆宁.地震映像法在铁路隧道隧底岩溶探测中的应用[J].铁道建筑,2018(6):80-82.

[2]简文彬,吴振祥.地质灾害及其防治[M].北京:人民交通出版社有限公司,2015.

[3]林茂发,邓华元.福建省龙岩市翠屏山煤矿岩溶水致灾因素分析及防治对策[J].能源与环境,2016(2):102-105.

[4]赖才洋.龙岩中心城市岩溶塌陷分布成因及防治对策[J].江西建材,2016(10):236.

作者:陈国俊 单位:闽西职业技术学院